KR20100034007A - 신규한 전극 결합제를 갖는 리튬-이온 전지 및 전극 - Google Patents

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스테판 콜레르
마리오 레네 쉬바이거
마틴 윈터
칼린 부름
아르노 페르너
토마스 훌레
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바르타 미크로바테리 게엠베하
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Abstract

적어도 1종의 다당에 기초하는 매트릭스 및 상기 매트릭스 내에 침적된 적어도 1종의 전기화학적 활성 물질의 입자를 포함하며, 합성 폴리머 화합물이 존재하지 않는 특히 리튬 이온 배터리용 전극이 개시된다. 또한 이러한 전극을 갖는 배터리 및 특히 이러한 전극에 대하여 전기화학적 활성 전극 물질을 위한 결합제로서의 다당의 용도가 개시된다.

Description

신규한 전극 결합제를 갖는 리튬-이온 전지 및 전극{Electrodes and lithium-ion cells with a novel electrode binder}
본 발명은 특히 리튬 이온 배터리용 전극, 적어도 하나의 상기 전극을 포함하는 배터리, 및 다당(polysaccharide)의 신규한 용도에 관한 것이다.
리튬 이온 전지와 같은 전기화학적 소자(Electrochemical element)는 일반적으로 전기화학적 활성 성분의 입자를 함유하는 복합 전극, 결합제 및 또한 집전체(current collector)을 갖는다. 결합제는 전극의 기계적 안정성을 보장해주며; 특히 결합제는 상기 입자들 서로 간의 접촉 및 집전체와의 접촉을 보장해야 한다. 예를 들면, 전해질의 분해 결과로 인한 전극에서의 기체 발생 때문에 또는 전극의 전기화학적으로 유도된 체적 역학(volumetric dynamics) 때문에, 개개의 전기화학적 활성 입자들 사이의 탈-접촉(Decontacting) 및 상기 입자와 집전체 사이의 탈-접촉이 발생할 수 있다. 탈-접촉은 캐퍼시티(capacity)의 점진적인 감소와 종종 관계하며, 이는 최종적으로 전극을 사용 불가능하게 한다.
선행 기술은 무엇보다도 먼저 불화(fluorinated) 폴리머 및 코폴리머에 기초한 결합제, 특히 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (PVdF-HFP)에 기초한 결합제를 개시한다. 이러한 결합제를 갖는 전극이 예를 들면 EP　1　261　048 및 US　5　296　318에 개시되어 있다.
EP　14　89　673는 스타이렌-부타디엔 고무에 기초한 결합제를 갖는 전극을 개시한다. 상기 전극 제조에 있어서, 소듐 카르복시메틸셀룰로오스가 점도를 조절하기 위하여 사용된다.
전극에 있어서, 결합제로 사용된 폴리머 또는 코폴리머는 일반적으로 매트릭스를 형성하는데 그 내부에 전기화학적 활성 물질이 미세하게 분산된 형태로 존재한다. 흑연과 같은 상업적인 전기화학적 활성 물질은 일반적으로 전술한 폴리머 및 코폴리머에 완전히 불용성이다. 이들은 결합제 매트릭스와 단단한 결합을 형성하지 않는다. 그 대신에, 접착력을 통한 물리적 부착 또는 기계적 부착이 일어난다. 이러한 전극의 경우에 단지 몇 번의 충전 및 방전 주기 이후 탈-접촉의 결과로서 캐퍼시티의 감소가 종종 측정될 수 있다.
환경적 및 경제적 관점에서, 전술한 특히 부분적인 불화 폴리머 결합제의 사용은 문제가 되는데, 왜냐하면 이러한 결합제의 가공이 N-메틸피롤리딘-2-온 또는 아세톤과 같은 유기 용매의 사용을 요구하기 때문이다. 이에 상응하는 안전성 평가 및 직장 건강 평가가 필수적이다. 폴리머 결합제는 이러한 용매에 적어도 부분적으로 용해되고 따라서 쉽게 추가 가공될 수 있다. 그렇지만, 특히 N-메틸피롤리딘-2-온은 건강에 해롭다고 의심된다. 이러한 용매는 일반적으로 사용 후에 소각되어야 하는데, 이는 이산화탄소의 방출을 증가시키는 결과를 낳는다.
본 발명의 목적은 캐퍼시티 성능 및 수명과 관련하여 선행 기술로부터 공지된 배터리에 비하여 우수한 배터리를 제공하는 것이다. 특히, 캐퍼시티 성능은 공지된 배터리의 경우에 비하여 배터리의 수명 증가에 따라 덜 급격하게 감소하여야 한다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 전극, 청구항 18의 특징을 갖는 배터리, 및 청구항 19의 특징을 갖는 용도에 의해 달성된다. 본 발명의 이러한 전극의 바람직한 구체 예는 종속 청구항 2 내지 17에 정의된다. 본 발명에 따르는 용도의 바람직한 구체 예는 종속 청구항 20에 정의된다. 이하에서 설명되는 특징들의 일부는 본 발명의 전극 및 본 발명의 배터리 및/또는 본 발명에 따르는 용도에 할당될 수 있다. 따라서 이들은 본 발명의 주제 중 단지 한 가지와 관련하여 설명되는 경우에도 모든 경우 각각에 대하여 적용된다. 모든 청구항의 표현들은 본 발명의 상세한 설명의 참조사항으로 수록된다.
본 발명에 따르는 전극은 특히 리튬 이온 배터리용으로 적합하다. 리튬 이온 배터리는 리튬에 기초하는 전기화학적 전압원(voltage source)이며, 이는 수많은 전통적인 배터리와는 대조적으로 재충전가능하다. 리튬 이온 배터리는 다양한 구체 예에서 존재한다. 예를 들면, 우리의 추가적인 개발은 특히 폴리머계 전해질(polymer-based electrolyte)이 사용되는 리튬 폴리머 배터리이다.
본 발명에 따르는 전극은 적어도 1종의 다당에 기초하는 매트릭스 및 상기 매트릭스 내에 침적된 적어도 1종의 전기화학적 활성 물질의 입자를 포함한다. 특히 선호되는 구체 예에서, 전극은 완전한 합성 폴리머 화합물이 본질적으로 없다.
전술한 바와 같이, 선행 기술로부터 공지된 전극은 전술한 플루오로폴리머 또는 EP　14　89　673으로부터 공지된 스타이렌-부타디엔 고무와 같은 합성 폴리머로 구성된 결합제를 항상 갖는다. 놀랍게도, 이러한 결합제들이 바이오폴리머, 즉 적어도 1종의 다당에 기초하는 결합제에 의하여 완전하게 대체될 수 있음이 밝혀졌다.
본 명세서에 사용된 용어 "본질적으로 없는(essentially free of)"이라는 표현은 본 발명에 따르는 전극 내 합성 폴리머 화합물의 양과 관련하여, 이들이 결합제 기능을 수행할 수 있는 충분한 양이 아닌 매우 소량으로 존재함을 의미하며, 예를 들면 0.1 중량% 미만의 양(전극의 고형물 함량에 기초하여)으로 존재함을 의미한다. 본 발명에 따르는 전극은 특히 바람직하게는 합성 폴리머 화합물이 전혀 없다.
이러한 의도에 대하여, 용어 "합성 폴리머 화합물"은 천연 폴리머의 변형(modification)에 의해 제조될 수 없으며 그 대신에 특히 완전한 합성인 폴리머 화합물을 의미한다. 본 특허 출원의 목적을 위한 합성 폴리머 화합물의 예는 특히 치환 또는 비치환 폴리올레핀 또는 실리콘이다.
본 발명에 따르는 전극의 적어도 1종의 다당에 기초하는 매트릭스는 3차원 구조를 형성하며 그 내부에서 전기화학적 활성 입자들이 바람직하게는 균일하게 분포되어 있다. 따라서 이러한 경우에 있어서 용어 "매트릭스"는 1종 이상의 추가 물질의 입자들이 침적되어 있는 물질을 단순히 의미한다.
본 명세서의 용어 "전기화학적 활성 물질"은 본 발명의 전극에서의 전기화학적 과정에 직접 참여하는 물질을 의미하며, 특히 가역적으로 리튬을 함유 및 방출할 수 있는 물질을 의미한다.
특히 바람직한 구체 예에서, 본 발명에 따르는 전극은 입자의 적어도 일부가 공유결합을 통하여 매트릭스에 결합하는 것을 특징으로 한다.
이러한 의도를 위하여, 용어 "공유결합"은 특히 축합반응, 특히 바람직하게는 물의 제거를 동반하는 축합반응을 통하여 형성된 화학 결합을 의미한다. 따라서, 결합 짝(매트릭스 또는 매트릭스-형성 다당 및 입자)은 바람직한 구체 예에서 서로 축합반응을 할 수 있는 작용기들을 갖는다(이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다).
입자와 매트릭스 사이의 공유결합은 충전 및 방전 과정 동안 전극 내에서의 기계적 스트레스를 쉽게 견딜 수 있는 특히 강력하고 저항성 있는 전극 구조를 산출한다. 이러한 점은 특히 본 발명에 따르는 전극의 수명에 대한 유리한 효과를 갖는다.
탄소계, 리튬-삽입된 물질을 포함하는 입자의 적어도 일부 또는 적어도 부분적으로 후자로 구성된 입자의 적어도 일부가 바람직하다. 본 발명에 따르는 전극이 음 전극(음극(anode))일 때 특히 이러한 점이 적용된다. 탄소계, 리튬-삽입된 물질은 바람직하게는 흑연이다.
탄소계가 아닌 적절한 리튬-삽입된 물질이 또한 본 발명의 목적을 위하여 사용될 수 있다. 이러한 물질은 단독으로 또는 탄소계 리튬-삽입된 물질과 함께 사용될 수 있다.
적절한 탄소계 리튬-삽입된 물질 및 비-탄소계 리튬-삽입된 물질은 주로 이 발명이 속하는 기술분야의 평균적 기술자에게 공지되어 있으며 추가적인 설명을 요구하지 않는다.
1　㎛ 내지 50　㎛, 특히 4　㎛ 내지 30　㎛ 범위의 평균 입도를 갖는 탄소계, 리튬-삽입된 물질의 입자의 적어도 일부가 바람직하다.
본 발명에 따르는 전극의 또 다른 바람직한 구체 예에서, 리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속 또는 반금속(semimetal)을 포함하는 (또는 적어도 부분적으로 이들로 구성된) 입자의 적어도 일부가 제공된다. 이들은 또한 특히 본 발명의 전극이 음 전극일 때 적용된다.
1　㎛ 미만의 평균 입도를 갖는 금속 및/또는 반금속 입자의 적어도 일부가 바람직하다.
전술한 금속 및/또는 반금속은 특히 알루미늄, 실리콘, 안티몬, 주석, 코발트 또는 이들의 혼합물이다. 혼합물로서, 주석/안티몬 혼합물 또는 주석/코발트 혼합물이 바람직하다.
본 발명에 따르는 전극은 배타적으로 전술한 탄소계, 리튬-삽입된 물질에 기초할 수 있거나 또는 리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속 및/또는 반금속에 기초할 수 있다.
본 발명에 따르는 전극은 특히 바람직하게는 탄소계, 리튬-삽입된 물질을 포함하는 입자 및 금속 및/또는 반금속을 포함하는 입자 두 가지 모두를 갖는다. 탄소계, 리튬-삽입된 물질의 입자와 금속 및/또는 반금속을 포함하는 입자의 혼합 비율은 본 발명에서는 특히 바람직하게는 1:1 내지 9:1 범위이다.
바람직한 구체 예에서, 본 발명에 따르는 전극은, 금속 및/또는 반금속을 포함하며 그 표면이 적어도 부분적으로 산화된 입자를 갖는다.
금속성 및 반금속성 입자는, 그 표면이 적어도 부분적으로 산화될 때 그 표면에 OH 기(하이드록실 기)를 가질 수 있다. 특히, 입자가 물과 접촉할 때 이러한 경우가 발생할 수 있다. 적절한 작용기를 갖는 추가 물질이 이러한 OH 기, 특히 물의 제거를 동반하는 축합반응을 통하여 금속성 또는 반금속성 입자의 표면에 주로 결합할 수 있다. 본 발명에 있어서 이러한 것이 또한 전술한 입자와 매트릭스 사이의 공유결합을 형성하는 바람직한 수단이다. 따라서, 금속성 또는 반금속성 입자, 예를 들면 주석-안티몬 합금의 입자 또는 실리콘의 입자가 매트릭스-형성 다당과 함께 물 또는 수용액(15 중량% 내지 45 중량%의 고형물 함량이 바람직함) 내에 유입될 수 있다. 적절하다면, 계면활성제가 소량으로 첨가될 수 있다. 그 후 상기 입자들이 표면에서 산화될 수 있고 OH 기가 표면에서 형성될 수 있다. 그 후 앞서 여러 번 언급한 축합반응이 매트릭스-형성 다당과의 사이에서 발생할 수 있다.
바람직한 구체 예에서, 본 발명에 따르는 전극은 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전하게, 리튬 코발트 산화물로 구성된 입자를 갖는다. 이는 본 발명의 전극이 양 전극(positive electrode)일 때 그러하다. 리튬 코발트 산화물(LiCoO2)에 기초한 입자들은 본질상 산화성(oxidic)이므로, 축합반응을 통하여 적절하다면, 이들 또한 다당의 매트릭스와 결합할 수 있다.
리튬 코발트 산화물에 기초한 입자 또는 이를 대신할 수 있는 입자에 추가하여, 본 발명에 따르는 전극은 또한 활성 물질로서 일반식 LiMO2(여기서 M은 Co, Mn, Ni 및 V로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속임) 및/또는 일반식 LiMPO4(여기서 M = Fe 및/또는 Mn)의 리튬 금속 산화물을 가질 수 있다.
본 발명의 목적에 적합한 다당은 특히 반응성 기(reactive group)에 의해 변형된 다당이며, 여기서 상기 반응성 기는 특히 OH 기와 축합반응을 할 수 있는 작용기이다. 상기 반응성 기는 특히 바람직하게는 하이드록시, 카르복실, 카르복실레이트, 카르보닐, 시아노, 술폰산, 할로카르보닐, 카르바모일, 티올 및/또는 아미노 기이다.
다당은 단당 단위체(monosaccharide unit)로 구성된 폴리머성 당(sugar)이며 일반적으로 무작위적인 분자 크기 분포를 갖는다. 여기서, 복수의 단당(예를 들면 글루코오스 또는 프룩토오스)은 사슬을 형성한다. 본 발명에 따르면, 일반식 -[Cx(H2O)y]n- 인 다당이 특히 바람직하며, 여기서 x = 5 또는 6이고 y = x-1 이다.
본 발명에 따르는 전극의 매트릭스는 바람직하게는 50 내지 10000개의 단당 단위체를 갖는 다당에 의해 적어도 부분적으로 구성된다.
특히 바람직한 구체 예에서, 본 발명에 따르는 전극의 매트릭스는 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전하게, 셀룰로오스 유도체로 구성된다. 특히 바람직한 구체 예에서, 상기 셀룰로오스 유도체는 염-유사 형태, 특히 알칼리 금속염, 알칼리토금속염 또는 암모니아염으로 존재한다.
셀룰로오스는 β-(1,4)-글루코시드 결합을 통하여 연결된 수개의 100 내지 10000개 β-D-글루코오스 분자로 일반적으로 구성된 직쇄 다당이다. 셀룰로오스는 물 및 대부분의 유기 용매에 대하여 불용성이다. 이러한 이유로, 본 발명에 따르면 수용성 셀룰로오스 유도체 또는 물에서 적어도 팽윤성(swellable)인 셀룰로오스 유도체가 특히 바람직하다.
매트릭스는 특히 바람직하게는 다음의 구조식을 갖는 셀룰로오스 유도체에 기초한다:
Figure pct00001
.
여기서 R은 특히 H, (CH2)nOH, (CH2)nO(CH2)nCH3, (CH2)nCO(CH2)nCH3, (CH2)nCHO, (CH2)nCOOH, (CH2)nN(COOMe)2, (CH2)nCH3, (CH2)nCN 및 (CH2)nCOOMe로 구성된 군으로부터 적어도 하나의 기를 포함하며, 여기서 Me는 Li, Na, K, Rb, Cs 또는 Ca이며, n은 1 내지 10일 수 있으며 적어도 하나의 라디칼 R은 H가 아니다.
본 발명에 따르는 전극은 특히 바람직하게는 적어도 하나의 카르복시알킬셀룰로오스, 바람직하게는 카르복시메틸-셀룰로오스 및/또는 카르복시에틸셀룰로오스, 특히 카르복시메틸셀룰로오스에 기초한 매트릭스를 갖는다.
카르복시메틸셀룰로오스는 셀룰로오스의 OH 기의 적어도 일부가 에테르에 의해 카르복시메틸 기에 결합된 공지의 셀룰로오스 유도체이다. 카르복시메틸셀룰로오스를 제조하기 위하여, 첫 단계에서 셀룰로오스가 일반적으로 반응성의 알칼리 금속 셀룰로오스로 전환되고, 후속하여 클로로아세트산과 반응하여 카르복시메틸-셀룰로오스를 형성한다. 이러한 과정에서 셀룰로오스 구조는 유지된다. 특히 알칼리성 조건 하에서, 카르복시알킬셀룰로오스는 일반적으로 물에 대하여 비교적 가용성(soluble)이다.
본 발명에 따르는 전극은 특히 바람직하게는 소듐 카르복시알킬-셀룰로오스, 특히 소듐 카르복시메틸-셀룰로오스에 기초하는 매트릭스를 갖는다.
0.5 내지 3, 특히 0.8 내지 1.6 범위의 치환도(degree of substitution)를 갖는 본 발명에 따라 사용된 셀룰로오스 유도체가 바람직하다. 치환도는 셀룰로오스 유도체 내에서 단당 단위체 당(per) 변형된(modified) 하이드록실 기의 평균 수를 나타낸다. 셀룰로오스 내 단당 단위체 당(per) 세 개의 하이드록실 기가 반응에 사용가능하기 때문에, 최대 달성가능한 치환도는 이러한 경우 3이다.
또한, 본 발명에 따르는 전극은 바람직하게는 전도도 개선제(conductivity improver)를 갖는다. 적절한 전도도 개선제는 특히 카본블랙, 흑연 또는 이들 둘의 혼합물이다.
더욱이, 본 발명에 따르는 전극은 일반적으로 집전체, 특히 금속성 집전체를 갖는다. 본 발명에 따르는 전극이 음 전극일 때, 구리로 구성된 집전체가 바람직하다. 양 전극의 경우, 알루미늄으로 구성된 집전체가 바람직하다.
본 발명에 따르는 전극이 적어도 하나의 다당으로서 셀룰로오스 유도체를 갖는다면, 셀룰로오스 유도체는 바람직하게는 전극 내에 1 중량% 내지 15중량%, 특히 2중량% 내지 8중량%의 비율로 존재한다(각각의 경우 전극의 고형물 함량에 기초하여).
더욱이, 본 발명에 따르는 전극이 리튬계 전해질 염, 예를 들면 리튬 테트라플루오로보레이트를 포함하는 유기 전해질을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 적어도 하나의 본 발명에 따르는 전극을 포함하는 배터리, 특히 리튬 이온 배터리를 제공한다.
본 발명에 따르는 배터리는 바람직하게는 적어도 하나의 양 전극 및 적어도 하나의 음 전극을 가지며 이들 사이에 격리판(separator)이 배치된 단일 전지(single cell)를 갖는다. 바람직한 구체 예에서, 본 발명에 따르는 복수의 단일 전지를 갖는다.
적어도 하나의 양 전극 및 적어도 하나의 음 전극 둘 모두가 본 발명에 따르는 전극, 즉 적어도 1종의 다당에 기초한 매트릭스를 갖는 전극일 수 있다.
전극 및 매트릭스가 앞서 포괄적으로 설명되었으며, 이와 관련된 설명 부분이 참조문헌으로 수록된다.
또한, 본 발명은 전기화학적 활성 전극 물질에 대한 결합제로서의 다당의 용도를 제공한다. 전술한 바와 같이, 출원인은 놀랍게도 기존의 결합제가 적어도 1종의 다당에 기초하는 결합제에 의해서 완전하게 대체될 수 있다는 것을 밝혔다. 바람직한 구체 예에서, 적어도 1종의 다당이 합성 폴리머 화합물이 없는 전극 조성물 내에서 결합제로서 사용된다.
바람직하게 사용될 수 있는 다당, 특히 바람직하게 사용될 수 있는 염-유사 셀룰로오스 유도체가 앞서 포괄적으로 설명되었다. 반복을 피하기 위하여, 관련된 문단이 여기서 참조사항으로 수록된다.
본 발명의 또 다른 특징이 종속 청구항과 함께 도면으로부터 유도될 수 있다. 여기서, 각각의 경우에 있어서의 개별적인 특징들이 단독으로 또는 서로 결합하여 본 발명의 구체 예에서 실현될 수 있다. 설명되는 바람직한 실시예는 단지 예시적인 목적을 위하여 제시되는 것이며 본 발명의 더 나은 이해를 제공하고자 하는 것이며 어떠한 제한도 야기하는 것이 아니다.
실시예 1:
음 전극을 제조하기 위하여, 소듐 카르복시메틸셀룰로오스(Walocell® CRT10G) 8 중량%를 물에 넣고 충분하게 팽창시킨다. 구리(35 중량%) 및 나노입자성(nanoparticulate) 활성 조성물(주석-안티몬, 65 중량%)로 이루어진 전력 방출 유도 실(power outlet lead thread) 혼합물을 92 중량% 양으로 넣는다. 이러한 방식으로 수득된 전극 페이스트를 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용하여 200　㎛ 두께로 구리 포일(copper foil)에 도포시킨다.
이러한 방식으로 제조된 음 전극은 6개의 부직포 격리판[프뢰덴베르그(Freudenberg) 2190] 및 리튬(양 전극으로서)에 대항하는 셀가드(Celgard) 2400을 갖는 3-전극 스웨이지록(Swagelok)-타입 전지를 특징으로 한다. 유기 용매 내 불화 전해질 염의 표준 혼합물이 전해질 혼합물로 사용된다.
전극의 활성 물질에 기초하여, 주석-안티몬-구리 전극의 방전 캐퍼시티(discharge capacity) CD 가 도 1에서 주기 수(the number of cycle) n 의 함수로서 제시된다. 방전은 1C (950　mA/g)의 크기를 갖는 전류 및 실온에서 일어난다.
커브 1은 신규한 결합제 시스템을 사용하여 제조된 음극(anode) 물질의 특성을 나타낸다.
이와 비교하여, 커브 2는 방전 캐퍼시티 및 상응하는 음극에 대하여 주기 수에 따른 방전 캐퍼시티의 감소를 나타내며, 상기 상응하는 음극에서는 NMP 내의 8 중량%의 PVdF-HFP 코폴리머가 본 발명에 따르는 소듐 카르복시메틸-셀룰로오스 대신에 사용되었다.
실시예 2:
실리콘-흑연 복합 음극을 제조하기 위하여, 소듐 카르복시메틸셀룰로오스(Walocell® CRT2000PPA12) 8 중량%를 물에 넣고 충분하게 팽창시킨다. 추가로, 나노입자성 실리콘[나노구조 및 무정형 물질 로스 알라모스(Nanostructured and Amorphous Materials Los Alamos)] 20% 및 탄소 나노섬유[일렉트로바크 아게(Electrovac AG), LHT-XT] 5%를 후속하여 넣고 고 에너지를 가하여 분산시킨다. 전도성 카본블랙[수퍼 피(Super P)] 5% 및 흑연(천연 흑연, 감자 모양) 62%를 최종적으로 넣고 분산시킨다.
이러한 방식으로 수득된 전극 페이스트를 닥터 블레이드를 사용하여 200　㎛ 두께로 구리 포일(Schlenk)에 도포시킨다.
이러한 음극은 6개의 부직포 격리판(Freudenberg 2190) 및 리튬에 대항하는 Celgard 2400을 갖는 3-전극 Swagelok-타입 전지를 특징으로 한다. 유기 용매 내 불화 전해질 염의 표준 혼합물이 전해질 혼합물로 사용된다.
전극의 활성 조성물에 기초하여 이러한 방식으로 제조된 실리콘-흑연 음극의 방전 캐퍼시티 CD 가 도 2에서 주기 수 n 의 함수로서 제시된다. 방전은 1C (1250　mA/g)의 크기를 갖는 전류 및 실온에서 일어난다.
커브 1은 주기 수 n의 증가에 따라, 신규한 결합제를 사용하여 제조된 음극의 방전 캐퍼시티의 감소를 나타낸다.
이와 비교하여, 커브 2는 방전 캐퍼시티 및 결합제로서 스타이렌-부타디엔 고무(SBR) 4 중량% 및 분산제로서 Na 카르복시메틸셀룰로오스 4%를 사용하여 제조된 음극의 주기 수 증가에 따른 방전 캐퍼시티의 감소를 나타낸다.
커브 3은 실리콘-흑연 복합 음극의 방전 캐퍼시티 특징을 나타내며, 여기서 상기 복합 음극에서는 NMP 내 지지체 폴리머로서 PVdF-HFP 코폴리머 10중량%가 사용되었다.

Claims (20)

  1. 적어도 1종의 다당에 기초하는 매트릭스 및 상기 매트릭스 내에 침적된 적어도 1종의 전기화학적 활성 물질의 입자를 포함하며, 합성 폴리머 화합물이 존재하지 않는 특히 리튬 이온 배터리용 전극.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 입자의 적어도 일부는 공유결합을 통하여 상기 매트리스에 결합됨을 특징으로 하는 전극.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 입자의 적어도 일부는 탄소계, 리튬-삽입된 물질을 포함함을 특징으로 하는 전극.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자의 적어도 일부는 리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속 및/또는 반금속을 포함함을 특징으로 하는 전극.
  5. 청구항 4에 있어서, 금속 및/또는 반금속을 포함하는 상기 입자의 표면이 적어도 부분적으로 산화됨을 특징으로 하는 전극.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 입자의 적어도 일부가 리튬 코발트 산화물을 포함함을 특징으로 하는 전극.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다당은 OH 기와 축합반응을 할 수 있는 반응성 기에 의해 변형됨을 특징으로 하는 전극.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 반응성 기는 하이드록시, 카르복실, 카르복실레이트, 카르보닐, 시아노, 술폰산, 할로카르보닐, 카르바모일, 티올 및/또는 아미노 기임을 특징으로 하는 전극.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스는 50 내지 10000개의 단당 단위체로 구성된 다당을 가짐을 특징으로 하는 전극.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스는 다당으로서 셀룰로오스 유도체를 가짐을 특징으로 하는 전극.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스는 다음 구조식을 갖는 셀룰로오스 유도체에 기초함을 특징으로 하는 전극:
    Figure pct00002

    여기서 R은 H, (CH2)nOH, (CH2)nCOOH, (CH2)nO(CH2)nCH3, (CH2)nCO(CH2)nCH3, (CH2)nCHO, (CH2)nN(COOMe)2, (CH2)nCH3, (CH2)nCN and (CH2)nCOOMe로 구성된 군으로부터 적어도 하나의 기를 포함하며, 여기서 Me는 Li, Na, K, Rb, Cs 또는 Ca이며, n은 1 내지 10일 수 있으며 적어도 하나의 라디칼 R은 H가 아님.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, 상기 매트릭스는 다당으로서 적어도 하나의 카르복시알킬셀룰로오스, 특히 카르복시메틸셀룰로오스 및/또는 카르복시에틸셀룰로오스를 가짐을 특징으로 하는 전극.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 셀룰로오스 유도체는 0.5 내지 3, 특히 0.8 내지 1.6 범위의 치환도를 가짐을 특징으로 하는 전극.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 전도도 개선제를 가짐을 특징으로 하는 전극.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서, 금속성 집전체를 가짐을 특징으로 하는 전극.
  16. 청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 1 중량% 내지 15 중량%(전극의 고형물 함량에 기초하여) 비율의 셀룰로오스 유도체를 포함함을 특징으로 하는 전극.
  17. 청구항 11 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서, 리튬계 전해질 염을 함유하는 유기 전해질을 가짐을 특징으로 하는 전극.
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 따르는 적어도 하나의 전극을 포함하는 배터리, 특히 리튬 이온 배터리.
  19. 특히 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 따르는 전극 내에서, 전기화학적 활성 전극 물질을 위한 결합제로서의 다당의 용도.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 다당은 셀룰로오스 유도체, 특히 수용성 셀룰로오스 유도체임을 특징으로 하는 다당의 용도.
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